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                公路造價師:土工解決瀝青混凝土路麵焦點
                更新時間:2019-03-10 14:57:36 字號:T|T
                一、目前瀝青混凝土路麵存在的突出問題 據有關資料統計,瀝青混凝土路麵造價占公路總造價的1/4~1/3,並且維修經費又絕大部分用於路...
                    一、目前瀝青混凝土路麵存在的突出問題
                    據有關資料統計,瀝青混凝土路麵造價占公路總造價的1/4~1/3,並且維修經費又絕大部分用於路麵,瀝青混凝土路麵普遍存在的技術和質量難題主要有兩點。
                    一是耐久性差。目前國內瀝青混凝土路麵較長的使用壽命為8年~12年,普遍短於設計使用壽命(15年~20年),而且因自然環境和運行狀況不良,有的路麵甚至3年~5年即需要整體翻修改造。
                    二是路麵的早期破壞嚴重。有的新路開通後2年~3年,長的6年~8年就出現坑槽、開裂、車轍、抗滑性能不足等病害而需要維修。
                    自20世紀80年代以來,我國雖然在公路設計、施工、原材料等方麵水平上有了很大的提高,但公路路麵仍然經常發生不少早期破壞現象。除設計和施工方麵的原因以外,主要外因是交通量增長過快,重載、超載嚴重,使道路長期處於超負荷運轉狀態;主要內因是材料(瀝青、骨料等)性能差,導致路麵抵抗拉應力(如冷熱、幹濕的脹縮應力、荷載彎拉與疲勞應力、反射裂縫的擴張應力等)剪應力、滲水和粘結老化等能力相對不足。
                    由於上述原因產生的不良後果是令人震驚的,即使采用重交通道路瀝青和規範規定的混合骨料及級配下,路麵也難以承受目前道路運輸的現狀。
                    二、改性瀝青和SMA技術的不足
                    我國公路部門為了解決這些嚴重又緊迫的問題,在學習國外先進經驗的基礎上采取了一些措施和辦法,摸索出一些成功的經驗,其中使用***多的改性瀝青與SMA 路麵兩項新技術。例如北京市公路局將其用在“國門******路”(首都機場路)、“國航******道”(首都機場跑道)、“中華******街”(長安街)的建設和改造中,取得了良好使用效果和經濟效益,兩項技術同時采用則效果更好。
                    但改性瀝青和SMA路麵兩項新技術用於公路工程時仍存在缺陷:
                    1)它需要的專用設備和材料(優質骨科、改性劑、填料)一般地區難以具備,而且一次性投資較大,其要求的施工技術也比目前常規做法增加了不小的難度。
                    2)隨著近期國內外石油價格的上漲,兩項新技術原已較高的成本又將增加。按1998年物價計算,SMA路麵每公裏成本需增加9.7萬元,若與改性瀝青同時應用則每公裏約增加38.8萬元,費用增加多少與是否采用國外原料、加工設備和不同改性劑有關。長期以來,進口道路瀝青以高於國際市場近2倍價格輸入我國而牟取了暴利。例如在美國、新加坡等國家的瀝青價格約90美元/噸,而在我國的銷售價格為135美元/噸。我國近年來道路瀝青年產量在220萬噸以上,在數量和質量上與實際需求都有很大差距,導致進口瀝青仍然有增無減。因此這兩項新技術在我國也隻是在高速公路、高等級公路重要路段、交叉口、停車場、立交橋、機場等使用,還不能像發達國家那樣普遍使用。
                    3)從增加路麵抗裂、防滲、隔離、擴散的機理來說,過分依賴於增加瀝青結合料的彈性和粘結力,以及增大骨科強度與減少混合料孔隙率的辦法並不是***優的。因為瀝青結合料的改性能使其抗拉、抗剪的力學性能增加,但幅度終究不會太高;高強骨料也不是各地區均有;混合料孔隙率的降低已近極限,而且在骨科和結合料之間的界麵總會因材料的物理和力學性質的差異而不可避免地出現滲水通道。另外其對路基承載能力的改善也無能為力,反而要求更高。
                    4)瀝青材料本身的日曬老化、高溫軟化、低溫脆化、衝擊疲勞等問題還有待解決。
                    三、將土工合成材料引入瀝青混凝土路麵
                    在一般車輛荷載作用下,公路三層結構的動穩定度基本取決於表層,而與中、下層關係不大。在目前廣泛使用重交通道路瀝青和規範規定的混合料骨料級配條件下,如果在麵層下部或底麵合理采用適合的土工合成材料,既可提高麵層的抗裂、防滲性能,還可以對基層或路基承載能力的提高發揮作用,不僅能夠相對節省造價和不增加施工難度,而且維修周期將有效延長,破損程度也將減輕。
                    比如純水泥混凝土承擔更高荷載作用時,如果隻考慮水泥的力學性能或骨料的配合比而不加入適當的鋼筋(高分子聚合物等非金屬)來承擔它工作中過大的拉、壓、剪應力,那麼它至今也不會獲得如此廣泛的應用。公路、市政等部門何不也將注意力更多轉向加筋瀝青混凝土的試驗研究和設計應用呢?據國外統計數據,公路工程中應用的土工合成材料已占其全部用量的1/3以上。
                    交通部在 1993年就曾將《土工格柵在道路工程中的應用研究》列為“八五”聯合攻關課題,其中采用土工格柵防止寒冷地區瀝青路麵開裂的研究由黑龍江省交通廳承擔。河南、湖南、湖北、陝西、黑龍江、北京等地公路部門利用土工格柵修築了一些試驗路。2000年4月26在江蘇省連雲港市召開了“全國公路土工合成材料應用技術交流會”,並出版了會議論文集,交通部公路司副司長李彥武作了題為“應重視土工合成材料在公路工程中的應用”的報告,報告中介紹了3項措施:製訂規範、建立重點土工合成材料企業、修築示範工程。
                    上個世紀80年代以來,各地也曾陸續開展了這方麵的現場試驗研究。如1986年陝西公路局在西包線上開展的瀝青路麵開裂的試驗研究;1985年同濟大學在福廈線上路麵裂縫的治理研究;河北工學院對上海機場水泥混凝土跑道病害的治理研究;湖北省宜昌市公路局對土工網在瀝青路麵中的應用研究;大連港灣工程總公司在出港公路上的麵層補強應用研究;大連黃海大道采用多功能土工格柵治理縱縫研究;佳木斯市公路局用土工織物治理道路翻漿的研究;以及***近遼寧省高速公路局在沈陽-鐵嶺高速公路路麵采用玻纖網的試驗等等。另外還可看到不少公開發表的有關探討公路麵層或基層加筋效果數值計算的文章。
                    對上述這些寶貴的實踐有以下幾點體會:公路病害治理要長、短期結合,標本兼治,路麵和基層(包括路基)處理時要統一考慮,技術和經濟要結合起來,采用新材料要有新技術配合。
                    迄今試驗所采用的土工合成材料主要是無紡土工布(非織造針刺土工織物)、編織土工布(織造土工織物)、土工網、土工格柵、土工膜、排水帶等,近期還有玻璃纖維網(玻纖格柵)、多功能土工格柵等。
                    根據以往實踐經驗和國家標準《土工合成材料應用技術規範》(GB50290-98)第7.6節及交通部標準《公路土工合成材料應用技術規範》(JTJ/T019-98)第七章規定,為了減少或延緩新建道路基層(因幹縮作用)或舊路麵(各種拉應力作用)已有裂縫向上新鋪麵層反射,可以選用非織造針刺土工織物,其單位麵積質量(g/㎡)不大於200,極限抗拉強度不小於8kN/m,耐溫性宜在170℃以上。也可選用玻纖網,其孔眼尺寸宜為瀝青混凝土麵層的混合骨科******粒徑的0.5~1.0倍,極限抗拉強度應大於50kN/m,******負荷延伸率不大於3%。不過二者在麵層下麵實際所起的作用機理和效果是多方麵的(不僅限於防治反射裂縫),既有相同但又有區別。
                    1)薄層非織造針刺土工織物(無紡土工布)的抗拉強度和模量均低,並具有微小三維孔隙結構。在浸粘層油後原有滲透係數要降低約兩個數量級,所形成的瀝青布要比瀝青混凝土具有更好的抗滲漏性和傳熱性,當它與瀝青混凝土麵層底部粘結時,會使麵層的拉伸強度和模量有所提高,裂縫大為減少。舊路麵或路基如已有了裂縫,在向上新鋪麵層反射時,會由於它的韌性及一定的蠕變性而被其吸收及鬆馳,從而發揮它的應力阻隔作用。
                    2)近來出現的玻纖網具有高抗拉強度和模量,無長期蠕變且熱穩定性好,表麵經處置後與瀝青的相容性、材質的化學穩定性和網格嵌鎖骨料的作用均較好。因此當它鋪在瀝青混凝土麵層下部或底麵時,能使麵層抗變形能力增強。同時由於它攤鋪的麵積一般較大,有時是在整路段全鋪,麵層上輪軸荷載帶來的壓力、次生彎拉應力、剪力以及溫度拉應力就會在界麵變形相容條件下轉由它承擔,並通過它在其覆蓋範圍內得到擴散,從而使麵層抗疲勞強度獲得提高、抗車轍及鼓包能力增強,同時還可減少彎沉值。
                可見上述兩類土工合成材料對提高麵層的耐久性、防止早期破壞都有不可替代的作用,不能僅將其看成一種短期、臨時、緊急搶救的被動工程措施。
                注:(a)如果路基和基層和實際承載能力也不滿足輪軸荷載和交通量的要求而需要補強時應另行考慮,也可采用相適合的土工合成材料統一解決,采用高強輕質真性塑料單、雙向土工格柵可作******考慮。
                (b)如果路基和基層同時存在有滲水、翻漿、沉陷等病害,則需另行考慮排水、防滲等措施,也可采用相應的土工合成材料解決,例如采用加筋複合土工膜達到防滲、排水、加筋、隔離等要求。
                    四、經濟效益分析
                    應用土工合成材料的經濟效益一直是影響其推廣的關鍵問題。國內外的很多應用實例進行過經濟效益分析,均認為具有明顯的優越性,但目前推廣起來仍有不小的阻力。我們認為可以采用如下辦法進行經濟效益分析。
                按目前通常的做法,新建公路(高速、一級)每平方米約需150元到200元,其中麵層約需50元/㎡到70/㎡,而路麵維修約需50元/㎡。正常設計使用壽命為15年、小修5年、大修約8年。現分別按新建、維修和二者統一考慮3種情況分析其經濟效益。從對比中確定******的解決辦法。
                    1)新建情況
                    將新建經費按不同使用壽命來分解,那麼:
                    當壽命為15年(設計),則每年每平方米平均數為10.0~13.3元;
                    當壽命為12年(4/5),則每年每平方米平均數為12.5~16.7元;
                    當壽命為10年(2/3),則每年每平方米平均數為15.0~20.0元;
                    當壽命為7.5年(1/2),則每年每平方米平均數為20.0~26.6元。
                    如果為了能達到設計壽命15年而增加經費每平方米75元(總計達到225元/㎡~275元/㎡),在這種情況下盡管平均每年每平方米增為 15.0~18.3元,但也比目前壽命為10年時的每年每平米平均費用15.0-20.0元還省0.0~1.7元。從目前市場情況來看,每平米造價增加 75元對選用長絲非織造土工織物或覆有長絲非織造土工織物的格網都綽綽有餘。
                    2)維修情況
                    按現有有關工程實例提供的經驗,當在麵層下鋪設合適的土工合成材料(相應施工技術要跟上)後,一般可推遲維修期1倍以上。如此在設計壽命(15年)內大約隻需維修3次,大約可節省維修費用為每平米3×50元=150元。
                    3)如果在整個使用壽命中將新建與維修在經費上統一考慮,工程質量責任由一家承包,那麼即使在將預計新建公路經費不增加的條件下,如能將采用土工合成材料節省的維修費用會150元/㎡中取一半即75元/㎡,提前投入到新建時采用土工合成材料攤鋪在新路麵之下,那麼不僅有可能使公路實際使用壽命達到設計要求,而且還可以同時達到延長維修期的雙重目的,這在經濟效果上將更現優越。